А.К. Николаев, С.А. Костин
ОАО «Институт Цветметобработка»
Одним из путей радикального влияния на качество сплавов является изменение их макро- и микроструктуры, включая морфологию выделений фазовых составляющих. Такое изменение приводит с одной стороны, к повышению свойств сплавов, а с другой, - открывает возможность деформировать «недеформируемые» сплавы, совмещать термическую обработку с деформацией при строго определенных температурах, связанных с фазовыми изменениями в структуре сплавов, а также с пайкой конкретных изделий.
В качестве объектов для исследований и будущего синтеза новых сплавов были выбраны несколько медных композиций, используемых в качестве основы металлических сеток бумагоделательных машин и теплообменных агрегатов (паяных частей автомобильных и тракторных радиаторов; паяно-сварных камер сгорания).
Как можно понять по назначению примеров разрабатываемых сплавов, целью настоящей информации является показать возможности создания вновь или введения в известную, уже зарекомендовавшую себя положительно в каком-то качестве композицию сплава, дополнительных ингредиентов. Обычно это уже проверенные элементы, легко входящие в химическое взаимодействие с образованием интерметаллидов, выделяющиеся при кристаллизации с измельчением литой структуры и распаде пересыщенного твердого раствора с образованием мелкодисперсных фазовых составляющих многопланового действия.
Независимо от назначения будущих сплавов хотелось бы для начала показать, как изменяется макро- и микроструктура сплавов при грамотном подходе к синтезу новых сплавов: будь-то «чисто» дисперсионно твердеющие сплавы или когда дисперсионное твердение приобретается уже сформированными системами определенных сплавов.
В процессе работы медь легировали оловом, цинком, фосфором, никелем, кобальтом, кремнием, железом, хромом, марганцем, алюминием, цирконием, магнием, титаном.
В работе изготовлены и испытаны около семидесяти медных сплавов как безоловянных, так и содержащих в качестве основного легирующего элемента олово в количестве 6,5 — 8,5%, цинк и хром. В зависимости от назначения сплавов изучали временное сопротивление разрыву, пределы текучести и упругости, усталостную прочность, пластичность, теплопроводность, термостойкость при заданных температуре и напряжении, износостойкость в специальных средах, способность к пайке и сварке по строго определенным температурно-временным режимам, способность к горячей деформации высокооловянных бронз и термической обработке, совмещенной с горячей и теплой деформацией.
В работе широко использовались математические методы планирования экспериментов, аналитическо-статистическая обработка их результатов, корреляционный анализ, что позволило в несколько раз сократить количество исследуемых сплавов и сложных экспериментов.
Эксплуатационная способность синтезированных в результате четырех новых сплавов сравнивалась со сплавами фирм «Оутокумпу» (Финляндия), «Беркенхофф и Ко» (Германия), отечественными жаропрочными теплопроводными медными сплавами, в том числе с хромовыми бронзами.
В результате работы определены составы и технологические параметры производства требуемых полуфабрикатов.
В заключение нужно отметить, что нанофазность, представленная в докладе дисперсионно твердеющими сплавами, а также дисперсно-упрочненные и композиционные материалы на основе порошковой металлургии, являются самыми яркими представителями «новомодных», так называемых, наноматериалов, полученных металлургическим путем, кстати, уже более ста лет тому назад. Перспективы улучшения свойств сплавов, в том числе таких, как жаропрочность во всех ее проявлениях, в данном случае являются поистине беспредельными. Здесь достаточно вспомнить явление эстафетного упрочнения, фактическую свободу исходных размеров заготовок и изделий, возможность их жесткого соединения высокотемпературной пайкой и сваркой.